光时域反射计技术在分布式光纤拉曼温度传感器中的应用

本节需要的主题内容：

i）拉曼效应（本书第9章）

ii）瑞利散射（本书第4章）

iii）光纤中的后向散射（本书第4，9章）

iv）雪崩光敏二极管（本书第7章）

v）光子计数（本书第7章）(www.xing528.com)

vi）光纤中的非线性效应（本书第9章）

在本节，将讨论另一重要类型的光纤传感器：分布式光纤传感器。

光纤可以看作是（许多其他器件中）一维的测量介质。这种技术有许多优点。例如，在测量导体中电流时，通过在导体周围缠绕一个线圈实现“线积分功能”，并根据法拉第磁光效应测量线圈周围磁场的线积分。由于对这样一个线圈周围的磁场进行线积分等于电流，所以，正如本章10.3节讨论的，就能够设计出一个很方便的电流测量装置。以类似方法，通过对形成电压差的两点间电场进行线积分就可以（原理上）测量出电压。

假设，现在对由光纤出射的光波所携带的信息进行微分，而不是积分。如果微分是相对于时间，就可以知道某特定光学性质如何随时间演变，也就意味着知道随光纤传播距离（因为速度已经知道）的变化。若上述性质属外部扰动，如温度、压力、电场或磁场，通过微分就可以知道该场在某规定的空间分辨率区间沿光纤长度的分布。由于光纤非常细和柔软，因此有可能测量出大型结构内的温度分布。例如，对于发电机或者化学锅炉，就可以了解（例如）危险的“热点”何时出现。对于大型设备，分布式光纤传感器（Distributed Optical-Fibre Sensing，DOFS）是一种非常有价值和潜在发展优势的测量技术。利用该技术的其他例子将在本节最后讨论。这种技术尚处于初级发展阶段，但是一种分布式温度测量系统目前已投入商业运作。为了阐述这种技术的应用价值（和加强对其原理的理解），现在就详细介绍与之相关的系统。

大部分（绝不是全部）分布式光纤传感器是应用光时域反射计技术（Optical Time Domain Reflectometry，OTDR）原理。对于光纤通信系统的许多诊断程序，这种技术（即OTDR）本身就非常有意义。因此，必须首先理解OTDR技术的原理。